中国粉体网讯 特种陶瓷的主要制备工艺过程包括粉体制备、成型和烧结三步。在成型工艺完成后，烧结可以控制晶粒的生长，对材料的使用性能影响至关重大，所以，先进的陶瓷烧结技术及装备一直是研究机构和企业不断突破的方向。
先进陶瓷烧结原理
烧结是指成型后的坯体在高温作用下、通过坯体间颗粒相互粘结和物质传递，气孔排除，体积收缩，强度提高、逐渐变成具有一定的几何形状和坚固烧结体的致密化过程。
在宏观和微观上对烧结现象进行观察，可以看到宏观上，烧结后的产物体积收缩，致密度提高，强度增加。微观上，气孔形状改变，晶体长大，成份变化（掺杂元素）。按照烧结过程中的变化，主要将烧结分为以下阶段：
1、烧结前期阶段
（1）粘结剂等的脱除：如石蜡在250~400℃全部汽化挥发。
（2）随着烧结温度升高。原子扩散加剧，空隙缩小，颗粒间由点接触转变为面接触，空隙缩小，连通孔隙变得封闭，并孤立分布。
（3）小颗粒率先出现晶界，晶界移动，晶粒变大。
2、烧结后期阶段
（1）孔隙的消除：晶界上的物质不断扩散到孔隙处，使孔隙逐渐消除。
（2）晶粒长大：晶界移动，晶粒长大。
（烧结炉模型，来源：湖南顶立）
先进陶瓷烧结方法
迄今特种陶瓷烧结主要有如下几种方法：
（1）常压烧结法
属于在大气条件下将坯体烧结的过程。在无外加压力下材料开始烧结，温度一般达到材料的熔点0.5-0.8即可，在此温度下固相烧结能引起足够的原子扩散。液相烧结由化学反应产生液相促进扩散和粘滞流动的发生。合理的升温制度方能保证制品减少开裂与结构缺陷现象。
（2）热压烧结
热压烧结系指在烧成过程中对坯体施加一定的压力，促使材料加速流动、重排及致密化。热压烧结一般比常压烧结温度低100度左右，主要根据制品有无液相生成而异。热压烧结采用预成型或将粉料直接装入模内，工艺简单。
（3）热等静压烧结
热等静压一般是沿单轴方向进行加压烧结，相对而言，这种方法是借助于气体压力而施加等静压的方法。除SiC、Si3N4使用该法外，Al2O3、超硬合金等也使用该方法。
连续热压烧结法生产效率高，但设备投资与模具费用较高，又不利于过高、过厚制品的烧制。热等静压烧结可克服上述弊端，适用于形状复杂制品的生产。目前一些特陶产品如陶瓷轴承、反射镜及军工需用的核燃料、枪管等，都可采用此种烧结工艺。
（4）反应烧结法
指通过气相或液相与基体相互反应而导致陶瓷材料烧结的方法。最典型的产品是反应烧结碳化硅和反应烧结氮化硅制品。此种烧结方法的优点是工艺简单，制品可稍加加工或不加工，也可制备形状复杂的制品。缺点是制品中最终残余未反应产物，结构不易控制，太厚的制品不易完全反应烧结。
（5）液相烧结法
许多氧化物陶瓷采用低熔点助剂促进材料烧结。助剂的引入一般不会影响材料的性能而产生良好的效果。作为高温结构陶瓷使用的添加剂，要注意到晶界玻璃相是造成高温力学性能下降的主要因素。
（6）微波烧结法
微波烧结法是采用微波能直接加热进行烧结的方法。如果使用控制气氛石墨辅助加热炉，温度可以高达2000度以上，有采用微波连续加热15m长的隧道炉装置。使用微波炉烧结精细陶瓷，在产品质量与降低能耗方面，均比其它类型窑炉优越许多。
（7）电弧等离子烧结法
其加热与热压法不同，它是在施加压力的同时，还施加一脉冲电压于产品，烧结中材料被韧化的同时也致密化。实验证明此种方法既能实现快速烧结，又能使材料形成细晶高致密结构形态，对于纳米级材料烧结更适合。
（8）自蔓延烧结法
通过材料自身快速化学放热反应制成陶瓷制品，此种烧结方法可降低生产费用。
（9）气相沉积法
气相沉积法又分物理气相法与化学气相法两种。物理法中主要有溅射沉积与蒸发沉积法两种。溅射法是在真空中将电子束轰击一平整靶材上，将靶材原子激发后涂覆在样品基板上。化学气相沉积法是在底材料加热的同时，引入反应气体与气体混合物，高温下分解或反应生成的产物沉积在底材上，形成致密材料。
在先进陶瓷制备技术和制造装备的革新当中，陶瓷烧结设备与烧结技术的创新是进一步提高先进陶瓷材料性能的最关键因素之一。对此，科研工作者成功开发了多种陶瓷烧结制备新工艺，如闪烧、冷烧结、振荡压力烧结等。
对于先进陶瓷的烧结而言，选择合适的烧结方法非常重要。同时，烧结不同材质、不同用途的陶瓷材料，还应该选择合适的烧结装备，那么，烧结设备该如何选择呢？中国粉体网将在郑州举办“2021第四届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”。届时，来自湖南顶立科技有限公司的副总经理胡祥龙先生带来题为《先进陶瓷特种热工装备研制进展及发展趋势》的报告。胡总将针对SiC、B4C、AlN、Si3N4等先进陶瓷的无压烧结、反应烧结、热压烧结、气压烧结等烧结工艺和设备，讲述相关工艺选择、关键技术和典型应用，为陶瓷生产企业提供设备最新应用技术和选型参考。（鉴于当前防控需要，原定于2021年8月13-14日在郑州喆鹏酒店举办的“第四届新型陶瓷技术与产业高峰论坛”将延期举办，计划参会的单位可以联系会务组，具体举办日期主办方确定后将第一时间通知您！）
专家介绍：
胡祥龙，湖南顶立科技有限公司副总经理，高级工程师，材料学博士。长期从事新材料高端热工装备研制和新材料工艺研究，实现了我国航空航天高端新材料热工装备重大突破，取得了系列技术成果；承担了国家省部级等重大课题研究24项；获得省部级科学技术奖励13项，其中湖南省科学技术进步奖二等奖1项、三等奖2项、湖南省国防科技进步奖一等奖2项；主持制订行业标准2项；拥有授权专利80项，其中发明专利27项；通过科技成果鉴定5项，多项技术达到国际领先水平。
参考来源：
[1]刘志国.特种陶瓷烧结技术
[2]特种陶瓷：烧结技术大揭秘.中国粉体网
[3]王坤等.特种陶瓷材料的制备工艺进展
（中国粉体网编辑整理/山川）
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